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La vie produisait peut-être de l’oxygène il y a 3,2 milliards d'années

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Les premiers organismes maîtrisant la photosynthèse et produisant de l'oxygène (ces deux capacités n'étant pas nécessairement liées) pourraient remonter à au moins 3,2 milliards d'années. C'est ce qu'indique l'étude d'un jaspe trouvé en Afrique du Sud.

La question de l'origine de la photosynthèse est compliquée par le fait que les premiers organismes photosynthétiques ne dégageaient probablement pas d'oxygène. Les bactéries sulfureuses vertes de cette vasque de Yellowstone, aux États-Unis, effectuent une photosynthèse anoxygénique. © MIT

Les archives géologiques du début de l'Archéen, à partir de 3,8 milliards d'années, sont rares et difficiles à interpréter. La vie est peut-être apparue durant cette période, voire avant, pendant l'Hadéen. Mais les indications en ce sens sont sujettes à caution. Dans cette jeune histoire de la vie, l'un des événements majeurs est l'apparition de la photosynthèse. Elle aurait permis, explique-t-on, l'essor d'organismes consommateurs d'oxygène et disposant donc d'une source d'énergie plus efficace.

Cependant, tous les organismes photosynthétiques ne produisent pas d'oxygène. C'est le cas, actuellement, des bactéries pourpres et vertes sulfureuses. Cette photosynthèse anoxygénique a probablement précédé celle des cyanobactéries constructrices de stromatolites. Dater les premiers organismes photosynthétiques est donc un problème qui est en réalité double.

Le taux d'oxygène dans l'atmosphère a commencé à grimper significativement il y a environ 2,4 milliards d'années, au moment de la Grande Oxydation. Des organismes photosynthétiques producteurs d'oxygène existaient donc déjà dans les océans avant cette époque. Des stromatolites, étaient d'ailleurs déjà là il y a environ 3,5 milliards d'années. Mais l'affaire n'est pas si simple à trancher car nous n'avons de preuve qu'ils ont bien été construits par des organismes vivants qu'à partir de 2,7 milliards d’années. Conclusion : la vie pourrait avoir découvert la photosynthèse oxygénique il y a au moins 3,5 milliards d'années... mais ce n'est pas sûr.

Un échantillon de jaspe prélevé en Afrique du Sud et dont les isotopes de fer et d'uranium trahiraient la présence d'organismes photosynthétiques oxygéniques il y a 3,2 milliards d'années. © David Tenenbaum, University of Wisconsin-Madison

Un millième de l'oxygène actuel dans l'océan de l'Archéen ?

Une équipe internationale de chercheurs en géosciences vient pourtant d'affirmer dans un article publié dans Earth and Planetary Science Letters que cette photosynthèse existait probablement il y a au moins 3,2 milliards d'années. Elle fonde cette affirmation sur l'étude, par géochimie isotopique, de roches sédimentaires prélevées par carottages en Afrique du Sud.

Il s'agit en l'occurrence de jaspe, qui est généralement formé de 80 à 95 % de silice. Dans ces carottages, de l'oxyde de fer et du quartz sont aussi présents et des alternances de bandes montrant des épisodes de sédimentation distincts sont visibles à l'œil nu. Certaines bandes, celles contenant les grains les moins fins, se sont formées en eaux peu profondes, agitées par les vagues. L'analyse isotopique de l'oxyde de fer contenu dans ces bandes montre qu'elles n'ont pu se former que dans des couches d'eau contenant une quantité importante d'oxygène. Bien qu'elle ne représente que 0,1 % de la concentration actuelle en oxygène des océans dans les mêmes conditions, cette valeur ne paraît pas explicable, selon les chercheurs, sans la présence d'organismes producteurs d'oxygène.

Ce taux « élevé » d'oxygène dans l’eau est aussi confirmé par des analyses des isotopes d'uranium présents dans le jaspe et qui ont servi à le dater. La quantité d'uranium retrouvée ne s'explique que si elle était présente en solution sous forme oxydée avant d'être incorporée dans la roche sédimentaire.

Bien sûr, comme le soulignent les géochimistes, il ne s'agit que d'une étude portant sur un seul site. Impossible, donc, de conclure que des organismes photosynthétiques oxygéniques étaient alors abondants sur Terre, pas plus que de l'oxygène était déjà présent en quantité notable dans l'atmosphère et les océans il y a 3,4 milliards d'années environ, comme certains indices le laissent penser. Mais cette découverte est consistante avec la présence de stromatolites à cette époque et vient s'ajouter aux faisceaux d'indices ténus permettant d'imaginer que la vie existait déjà au début de l'Archéen.